隨著儲(chǔ)能技術(shù)成本的降低和普及,，儲(chǔ)能已經(jīng)成為新能源的重要輔助工具，光伏儲(chǔ)能將成為未來光伏利用的重要形式,。學(xué)習(xí)光伏儲(chǔ)能不僅僅是開闊自己的眼界和知識(shí)面,，更是未來光伏功能最大化的重要能源,。
1.儲(chǔ)能技術(shù)
儲(chǔ)能技術(shù)主要分為三大類：物理儲(chǔ)能(如抽水儲(chǔ)能,、壓縮空氣儲(chǔ)能,、飛輪儲(chǔ)能等。),、化學(xué)儲(chǔ)能(如鉛酸電池,、氧化還原液流電池、鈉硫電池,、鋰離子電池)和電磁儲(chǔ)能(如超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能,、超級(jí)電容儲(chǔ)能等)。).
根據(jù)各種儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn),，飛輪儲(chǔ)能,、超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能和超級(jí)電容儲(chǔ)能適用于需要提供短時(shí)大脈沖功率的場合，如應(yīng)對(duì)電壓驟降和瞬時(shí)停電,、改善用戶電能質(zhì)量,、抑制電力系統(tǒng)低頻振蕩、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等,。抽水蓄能,、壓縮空氣蓄能和電化學(xué)電池蓄能適用于調(diào)峰、大規(guī)模應(yīng)急電源和可再生能源集成等大規(guī)模大容量應(yīng)用,。
儲(chǔ)能效率是指儲(chǔ)能元件儲(chǔ)存的電能與輸入能量的比值,。電池的儲(chǔ)能效率關(guān)系到電池的壽命和成本。要提高電池的儲(chǔ)能效率,，就要知道影響儲(chǔ)能效率的因素有哪些,。除了電池本身的結(jié)構(gòu)，比如組件材料,、制造工藝,、電解液配置等,。電池的儲(chǔ)能效率還與一些外界因素如充電狀態(tài),、充放電電流、充電電壓,、環(huán)境溫度等密切相關(guān),。
2.電池儲(chǔ)能效率測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
電池儲(chǔ)能效率測(cè)試系統(tǒng)的基本原理如圖所示。系統(tǒng)主要部件有：單相智能電表,、充電器,、逆變器、單片機(jī),、負(fù)載等,。
圖1電池儲(chǔ)能效率測(cè)試系統(tǒng)的基本原理
工作過程可以簡要描述為：
充電開始時(shí)，電表連接在交流電源和電池的充電模塊之間,。電池充電后消耗的電能可以通過電表直接讀出,。這部分電能包括兩個(gè)3360充電器和各種開關(guān)器件損耗的電能，電池的內(nèi)阻能耗和儲(chǔ)存的電能,。
充電完成后,，充電模塊向控制模塊發(fā)送充電完成信號(hào)(持續(xù)高電平)，控制模塊將電表數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī),，單片機(jī)記錄并顯示數(shù)據(jù),。然后控制模塊向充電模塊發(fā)出指令停止充電電路，向逆變模塊發(fā)出指令使逆變電路工作并向負(fù)載供電,。此時(shí),，電表連接在逆變器和負(fù)載之間，負(fù)載從電池獲得的電能可以通過電表直接讀取,。由于電表只能檢測(cè)220V交流電,，因此從電表中獲得的電能實(shí)際上包括逆變器消耗的電能和負(fù)載消耗的電能。
放電完成后,，逆變模塊向控制模塊發(fā)送放電終止信號(hào),，控制模塊將電表發(fā)送的電量數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)記錄并顯示數(shù)據(jù),。然后,，控制模塊向逆變器模塊發(fā)送指令，以停止逆變器電路并斷開負(fù)載,?？紤]到電池充放電的不同步性，單相電能表可以同時(shí)作為充放電電能計(jì)量,。要再次測(cè)試,，重復(fù)上述操作。
3.Infl
荷電狀態(tài)是指電池充電時(shí)達(dá)到的狀態(tài),?？傊甒ally的充電狀態(tài)是100%。根據(jù)國家的相關(guān)規(guī)定,，電池在不同充電狀態(tài)下的儲(chǔ)能效率有不同的標(biāo)準(zhǔn),。當(dāng)充電狀態(tài)小于50%時(shí),，要求電池的儲(chǔ)能效率大于95%。當(dāng)充電狀態(tài)為75%時(shí),，要求電池的存儲(chǔ)效率大于90%,；當(dāng)荷電狀態(tài)為90%時(shí)，要求電池的儲(chǔ)能效率大于85%,。
-充電和放電電流的影響
根據(jù)電池的特性,，大電流放電的電池實(shí)際釋放的能量小于小電流放電的電池釋放的能量，說明電池的儲(chǔ)能效率與放電速率有很大關(guān)系,。
從圖2可以看出,，當(dāng)電流變大時(shí)，電池的庫侖效率也增加,。這是因?yàn)樵诖箅娏鞒浞烹姇r(shí),，電池的充放電時(shí)間會(huì)縮短，所以電池因自放電造成的能量損失相對(duì)較小,。但當(dāng)電流比較小時(shí),，充電效率和放電效率都會(huì)隨著電流的增大而增大，過了一定時(shí)間后,，又會(huì)隨著電流的增大而減小,。這是因?yàn)楫?dāng)電流過大時(shí)，電池內(nèi)部的極化現(xiàn)象會(huì)加劇,，電池的功率損耗增加,，導(dǎo)致能量損耗增加，從而導(dǎo)致電池的效率降低,。所以在選擇充放電電流時(shí),，不能盲目選擇。如果電流過大或過小,，都會(huì)降低電池的效率,。我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來選擇電池的充放電電流。
-充電電壓的影響
實(shí)際上,，充電效率是硫酸鉛轉(zhuǎn)化為二氧化鉛和鉛活性物質(zhì)時(shí)消耗的電量與充電時(shí)輸入電池的電量之比,。這里，假設(shè)電池沒有自放電,，電池的存儲(chǔ)效率等于充電效率乘以放電效率,。
在充電過程中消耗的電能主要是由于一些副反應(yīng)，如電池中的氣體析出和腐蝕,。VRLA電池充電效率高,，與荷電狀態(tài)有很大關(guān)系。VRLA電池在充滿電之前充電效率會(huì)很高,，接近充滿電時(shí)充電效率會(huì)下降,。以單體電池為例，其額定電壓一般為2.0V如圖3所示,，給出了恒壓充電模式下充電電壓與儲(chǔ)能效率的關(guān)系曲線,。可以看出,，當(dāng)電壓較低時(shí),，儲(chǔ)能效率會(huì)隨著充電電壓的增加而增加，超過一定值時(shí)會(huì)因副反應(yīng)而降低,。
-環(huán)境溫度的影響
當(dāng)環(huán)境溫度低于10時(shí),，將電池的充電設(shè)置為恒壓限流會(huì)影響電池內(nèi)的電流擴(kuò)散并使其減小，但對(duì)交換電流的密度影響不大,，因此加劇了電池內(nèi)濃差極化,，導(dǎo)致儲(chǔ)能效率降低。在低溫條件下,，放電過程中產(chǎn)生的電解液在充電時(shí)的溶解速率會(huì)降低到很小的水平,，表面的縫隙無法將電解液的飽和度保持在最低，在一定程度上阻礙了充電的化學(xué)反應(yīng),，最終的結(jié)果就是儲(chǔ)能效率的降低,。
4.飛輪儲(chǔ)能
近年來，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)的突破是基于以下三項(xiàng)技術(shù)的快速發(fā)展：一是高能永磁和高溫超導(dǎo)技術(shù)的出現(xiàn),；二是高強(qiáng)度纖維復(fù)合材料的問世,；第三，電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,。利用超導(dǎo)性,，我們可以把一定質(zhì)量的飛輪放在永磁體上面，飛輪也可以作為電機(jī)轉(zhuǎn)子,。電機(jī)充電時(shí),，飛輪加速儲(chǔ)能，轉(zhuǎn)換能量為機(jī)械能,；當(dāng)飛輪減速時(shí),，它釋放能量，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,。飛輪能量的例子
1994年,，美國ANL國家實(shí)驗(yàn)室試制出碳纖維儲(chǔ)能飛輪：直徑38厘米，質(zhì)量11公斤,，超導(dǎo)磁懸浮,，飛輪線速度達(dá)到1000米/秒，其儲(chǔ)存的能量可以點(diǎn)燃10個(gè)100瓦燈泡2 ~ 5小時(shí),。該實(shí)驗(yàn)室正在開發(fā)一種儲(chǔ)能容量為50千瓦時(shí)的儲(chǔ)能輪,，最終目標(biāo)是一種儲(chǔ)能容量為5000千瓦時(shí)的儲(chǔ)能飛輪,。一個(gè)發(fā)電量為100萬千瓦的電廠，大約需要200個(gè)這樣的儲(chǔ)能輪,。
1992年,，美國飛輪系統(tǒng)公司(AFS)開發(fā)了一種用于汽車的機(jī)電電池(EMB)。每個(gè)“電池”長18厘米,，直徑23厘米,，質(zhì)量23公斤。電池的核心是一個(gè)轉(zhuǎn)速為20萬轉(zhuǎn)/分的碳纖維飛輪,，每個(gè)電池的儲(chǔ)能容量為1千瓦時(shí),。他們將12塊“電池”放在沖擊車上，可以讓汽車以每小時(shí)100公里的速度行駛480公里,。機(jī)電電池總重量273kg,，鉛酸電池總重量396kg。機(jī)電電池的儲(chǔ)能是鉛酸蓄電池的2.5倍,，使用壽命是鉛酸蓄電池的8倍,，其“比功率”(即爆發(fā)力)極高，是鉛酸蓄電池的25倍,，是汽油機(jī)的10倍,。它可以在8秒內(nèi)將汽車從靜止加速到100公里/小時(shí)。
5.泵送能量存儲(chǔ)
抽水蓄能電站儲(chǔ)存能量的釋放時(shí)間從幾個(gè)小時(shí)到幾天不等,，綜合效率在70%-85%之間,。
水輪機(jī)效率：轉(zhuǎn)輪技術(shù)模型最高效率95%，十年代水輪機(jī)模型最高效率只有90%,。中小型汽輪機(jī)的效率可能只有75~80%左右,。大型泵的效率約為85~90%。
然后考慮98%左右的發(fā)電機(jī)效率,?？雌饋肀盟蛢?chǔ)能的效率大概在70~80%左右。
6.超導(dǎo)儲(chǔ)能
超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)(SMES)利用超導(dǎo)體制成的線圈來儲(chǔ)存磁場能量,，在電力傳輸過程中不需要能量形式的轉(zhuǎn)換,。它們具有響應(yīng)速度快(ms級(jí))、轉(zhuǎn)換效率高(96%),、比容量大(1-10 Wh/kg)/比功率大(104-105kW/kg)等優(yōu)點(diǎn),，可與電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)大容量能量交換和功率補(bǔ)償。
SMES完全可以滿足輸配電網(wǎng)的電壓支持,、功率補(bǔ)償,、頻率調(diào)節(jié)、系統(tǒng)穩(wěn)定性和輸電能力的要求。
7.氫能儲(chǔ)存
氫能儲(chǔ)存是在電力供大于求的情況下,，利用水的電解作用獲得氫氣,，然后以低溫液態(tài)儲(chǔ)存，需要時(shí)通過燃燒產(chǎn)生能量,。氫氣也是燃料電池的主要燃料之一,。氫能的生產(chǎn)成本是汽油的4 ~ 6倍，運(yùn)輸,、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)換成本也高于化石能源,。有人提出,，可以利用太陽能、風(fēng)能,、水能發(fā)電,、電解水，真正實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電和儲(chǔ)能效果,，真正實(shí)現(xiàn)“清潔能源的可持續(xù)利用”,。
首先,，我國能源與負(fù)荷呈逆向分布,，需要建設(shè)UHV交流/DC電網(wǎng)進(jìn)行能源配置。如果儲(chǔ)能突破到一定程度,，使得電網(wǎng)輸送能量不經(jīng)濟(jì),，那么UHV交流/DC電網(wǎng)建設(shè)的意義就徹底下降了。
其次,，全網(wǎng)整個(gè)電力系統(tǒng)不存在后,，大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制功能急劇下降，我肯定失業(yè),。國家調(diào)度中心和各級(jí)調(diào)度中心也將被取消,，因?yàn)樗鼈儧]有任何作用。
其次,，新能源發(fā)電棄水棄風(fēng)棄光的問題再也不會(huì)出現(xiàn),，新能源發(fā)電一定會(huì)繼續(xù)發(fā)展。
再次,，大規(guī)模的一次系統(tǒng)建設(shè)停止,，之前建設(shè)的UHV電網(wǎng)可能被廢除,，與之配套的二次系統(tǒng)也將衰落。據(jù)估計(jì),，只有
官方微信
TOP
